宝钢煤岩配煤方法的研究

宝钢煤岩配煤方法的研究胡德生吴信慈戴朝发(. 上海宝钢集团公司)摘要在总结国内外煤岩配煤方法的基础上，确定了宝钢煤岩配煤的基本思想，并进行了试验设计。选择宝钢常用的炼焦煤,进行了21批单种煤改变惰性物含量的炼焦试验;参照生产配煤,改变配煤的强粘比和惰性物含量,进行了9批配煤炼焦试验,共获取有效数据357组。在理论分析与实际相结合的基础上,确定了宝钢煤岩配煤的参数;用试验获得的数据,进行数学分析获得宝钢焦炭强度预测模型,确定了宝钢煤岩配煤的方关键词炼焦配煤煤岩焦炭质量预测控制①STUDY ON BAOSTEEL METHOD OF COALBLEND WITH PETROGRAPHYHU Desheng WU Xinci DAI Chaofa(Shanghai Baosteel Group Corp. )ABSTRACT The basic idea and test of Baosteel method of coal blend with petrography wasobtained and made after reviewing domestic and abroad methods of coal blend with petrogra-phy. The test was designed for 21 coking coals at Baosteel. In the test different inert materi-al content and different strong caking coal ratio were considered so that total 357 data groupswere obtained. Based on theoretical and data analysis the petrographical parameters of Baos-teel method of coal blend were determined. Baosteel prediction models for coke propertieshave been obtained by statistic analysis of the data and in this way the Baosteel method ofcoal blend with petrography has been established.KEY WORDS coking coal blend, petrography, coke quality, prediction, control1前言采用的手段也不同,确立的数学模型也就不同[1~4]。随着高炉的大型化,对焦炭质量及其稳定性的有些方法还存在不同程度的局限性,仅适用于某些要求越来越高,而炼焦煤资源中强粘结性煤却越来特定的范围5.6]。现有的煤岩配煤方法,不同程度地越少,这-矛盾在我国更为突出。为了煤资源中强粘存在以“下问题:结性煤的合理使用以及焦炭质量的稳定,国内外不(1)因为煤岩参数对煤的氧化反应不灵敏,仅少煤焦工作者正在研究煤质与焦炭质量的对应关用煤岩参数的方法，无法排除煤氧化的干扰;系,以完善配煤方法,寻求焦炭质量的预测方法。煤(2)因为镜质组平均反射率相同的纯单种煤与岩配煤原理是现代配煤技术发展的理论基础。宝钢混煤的结焦性能不同,直接用煤岩镜质组平均反射目前正在生产的三座高炉都是4000 m3以上大高率中国煤化工扰;炉,而且都进行富氧喷吹煤粉操作。对焦炭的要求更TYHCNMH G粘结性参数的方法,无是越来越高，所以研究出适合宝钢煤源特点的科学法去除单一粘结参数的局限性，目前各国所用的各配煤方法尤为重要。种测定煤的粘结性的方法中,任何一种方法都有局世界各国以及各厂所用煤种和工艺条件不同,限性,都有着各自的适应区间,都不能适应炼焦煤的①联系人:胡德生,高级工程师,上海(201900)上海宝钢集团公司技术中心●2●钢铁第36卷所有煤种;(4)镜质组粘结指数(VCI)是采用煤岩镜质组(4)很多方法中没有考虑挥发分对焦炭气孔率反射率分布进行计算所获得的，比较充分地表达了的影响，有的方法中使用了挥发分,但也只作为变质煤岩特性,可以准确表达出混煤与单种煤的差别。但程度参数。该参数不能敏锐地反映氧化对煤的粘结性的影响。2煤岩配煤方法的基本思想VCI的计算公式是根据大量单种煤的镜质组煤岩配煤方法,是根据室式炼焦的成焦机理,将反射率分布和粘结性测定结果进行数据分析获取炼焦过程比作混凝土的固化过程53。虽然,焦炭和混的。VCI与镜质组反射率的关系曲线见图1。-般煤凝土都是不均匀的脆性材料,但两者又有着本质的的VCI是根据其反射率分布用公式进行加权计算差别。混凝土的固化过程中无气体产生,不形成气获取的数值。孔，混凝土属于致密型不均匀材料;炼焦过程中有挥VCI = f(R,)(1)发分产生,形成了焦炭的部分气孔,焦炭属于多孔型1不均匀材料。宝钢煤岩配煤方法中必须综合考虑以0.下三个方面的因素:(1)炼焦过程中,活性物相当于混凝土中水泥,炼焦煤中的活性物主要来源于镜质组，镜质组的质量是炼焦煤中活性物质量的决定因素,如何准确地表达炼焦配煤中活性物的特性,是宝钢煤岩配煤方0.501.00L.S02.00法的关键;R/%(2)炼焦过程中，惰性物相当于混凝土中的砂石,是必不可少的骨架材料;(3)挥发分在炼焦过程中的作用是不可忽略图1镜质组粘结指数 VCI基本曲线Fig. 1 Vitrinite caking index versus R.的,在炼焦过程中促进胶质体流动,在成焦后形成了焦炭的部分气孔。通过试验分析与理论相结合,综合这三个参数3参数选定后所得的综合粘结指数,使这三个参数相互间取长对宝钢生产中所用评价炼焦煤性质的各项参数补短。不但能较好地表达炼焦煤活性物的特性,而且进行分析和比较,选择五个参数作为宝钢煤岩配煤还克服仅用煤岩参数的方法不能反映氧化对煤的粘方法参数:V小G、logMF、VCI、TI。这五个参数在配结性和结焦性影响,同时还可以克服混煤与纯单种煤条件下都有很好的加和性,可以直接计算出配合煤不同的影响,并且完全适用于所有炼焦煤。煤的对应值。CCI = f(VCI,G ,logMF)(1) V。主要是用于表达煤在煤焦过程中产生(5) TI表示煤的惰性物总含量。气体的数量,间接反应成焦后焦炭的气孔率大小。1. 08Ad土0. 55Su(2)由于测定粘结指数(G)的方法,是配入过量TI=I+2.07一[0. 01(1.08AJ + 0. 55Su)]的惰性物、加压、快速加热，所以该方法适用于所有(3)炼焦煤,并且能反映出氧化对煤粘结性的影响,同时式中I一煤的有机惰性物含量,文中是通过煤岩.有学者认为这一参数还包含了煤的还原度,但该方全组分反射率自动测定后切割获得的;法对弱粘煤的粘结性有所夸大,对强粘煤的区分能Ag煤工业分析的干基灰分;力缩小。Sid-煤化学分析的全硫含量。(3)煤的基氏最大流动度(logMF)的测定方中国煤化工法，主要基于炼焦煤加热后在热塑阶段产生胶质体。[Hc NMH 2质特性参数间的关系logMF值间接地反映胶质体的数量,区分强、弱粘式,用2vkg山独点厂边11 J大量的炼焦试验。为了结性煤的能力较强,并且能反映出氧化对煤粘结性使试验的结果有较好的适用范围,试验所选的炼焦的影响。但该方法对胶质体数量极少的弱粘煤无法煤范围尽可能宽、尽可能全面。试验分两阶段进行,测定,因此该方法仅适用于大部分炼焦煤,不适用于第一阶段:选择宝钢所用的单种煤(共21种,覆盖了弱粘结性煤。炼焦煤的全部变质程度),分别配入不同比例的惰性胡德生等:宝钢煤岩配煤方法的研究物进行炼焦试验,共计炼焦试验250炉;第二阶段:进行配合煤炼焦试验,主要参照宝钢生产配煤,改变其综合粘结指数CCI,共计炼焦试验约120炉。单种煤和配合煤合计共获取有效数据357组。炼焦试验的20kg试验焦炉的工艺条件如下，炭化室: 400 mmX 200 mmX 400 mm;聶45装煤量:23 kg(干基);84/火道温度:1080 C;0个8883-装炉煤水分:10 %;J80装炉煤粒度:<3mm占85 %;“25303:情性物含量/%总炭化时间:8 h;熄焦方式:湿法熄焦;图3 DIH°与CCI、TI 的关系(DI|E°焦炭的落下试验:2 m落下两次。等值线图,V.=27.5 %)5焦炭质量与煤质间的关系Fig.3 DI{E" versus TI,CCI for given Vs以煤质参数CCI、V小TI为自变量,分别以焦炭质量参数DIl5°、CRI、CSR为应变量。用所获得的60的357组试验数据,进行三元三次逐步回归分析,建立宝钢焦炭DIHEO、CRI、CSR的预测方程式。587(1) DI}°盈50- D1IX=9K图2是357组试验的DI{"计算值与实测值的关系。图3是挥发分Vd=27.5 %时DI}5"和配煤惰在43新性物含量TI及配煤综合粘结数CCI的关系。图4是配煤惰性物含量TI= 32.5 %时DI5%和配煤挥发485分V。及配煤综合粘结数CCI的关系。图中的散点是6个月宝钢生产方案的实际,填充区域是根据此6 272829 3挥发分含量/%方法确定的配煤煤质控制范围。9)-0.962 1x+2.7412图4 DI{"与CCI、Va的关系(TI=32.5 %)80R'=0.9621-3357Fig.4 DI|E° versus Vs,CCI for given TI7070 ry=0.905 3x+35437s 40s0R-0.9051-357201(s40t20.040.060.0 80.0 100.0玉3实制值/%20 t中国煤化工图2 DI}$°预测值与实际值关系Fig.2 Predicted versus measured of DI°MHCNMHG 60.0 80.0买棚值77%(2) CRI图5是357组试验的CRI计算值与实测值的关系。图6是配煤挥发分V.=27.5 %时CRI和配图5 CRI预测值与实际值关系煤惰性物含量TI及配煤综合粘结数CCI的关系。Fig.5 Predicted versus measured of CRI.4.钢第36卷60图7是配煤惰性物含量TI=32.5 %时CRI和配煤20挥发分VJ及配煤综合粘结指数CCI的关系。图中5522_的散点是6个月宝钢生产方案的实际,填充区域是e根据此方法确定的配煤煤质控制范围。(3) CSR医45.26图8是357组试验的CSR计算值与实测值的关系。图9是配煤挥发分V.=27.5 %时CSR和配40煤惰性物含量TI及配煤综合粘结数CCI的关系。CRI-30图10是配煤惰性物含量TI=32.5 %时CSR和配303情性物含量/%煤挥发分VJ及配煤综合粘结指数CCI的关系。图中的散点是6个月宝钢生产方案的实际，填充区域图6 CRI与CCI、TI的关系(CRI等值是根据此方法确定的配煤煤质控制范围。线图,V.=27.5 %)Fig.6 CRI versus TI,CCI for given VaCSR-70」车506864在48a 50i 454382535CRI=业242526272829图9 CSR与CCI、TI的关系(CSR等值线图，挥发分含量/%Va=27.5 %)Fig.9 CSR versus TI, CCI for given V。图7 CRI 与CCI、Vs的关系(CRI等值线图,T1=32.5 %)Fig.7 CRI versus V,CCI for given TIs580y=09174x+3.28370 K-0.9174n-35750 t45共50器4=3/662810中国煤化工20.040.060.080.0MHCNMHG。的关系(CSR实棚值/%Fig.10 CSR versus V,CCI for given TI图8 CSR 预测值与实际值关系6工业应用Fig.8 Predicted versus measured of CSR1997年10月~1998年3月进行了6个月的工胡德生等:宝钢煤岩配煤方法的研究业应用，期间宝钢生产的配煤方案共变动了30次,于配合煤,作用次于强粘煤;左下区为高变质度弱粘每个方案所用的单种煤都分析测定了AJ、VJ、Sd、煤,在配合煤中起瘦化剂作用,调节配合煤的挥发G、logMF、VCI、TI,计算出配合煤的TI、V、CCI,分;右下区为低变质度弱粘煤,在配合煤中主要作用按以上所得的预测公式分别计算DI{E° 、CRI、CSR,是降低灰分调节挥发分。按平行试验的允许误差要求分析预测值与实测值的根据宝钢这一煤分类概念与煤源的特性，可以差值,准确率都在95 %以上。6个月的应用结果表计算宝钢配煤中弱粘煤的用量极限。确定配煤方案明:目前宝钢所用配煤的强粘比基本保持在50%，时,主要控制配煤的A小、S.V.、CCI四项参数,前三所得的焦炭质量波动较大。这些方案的配合煤惰性项参数的控制是不受弱粘煤用量所限制的，弱粘煤物含量TI、挥发分Va、综合粘结指数CCI,分别波用量主要限制因素是配煤的综合粘结性CCI。根据动于30 %~35 %、26 %~28.5 %、46~57。其中惰以上分类,宝钢弱粘煤的CCI平均值为27.8,强粘性物含量不容易控制,而且从前面的等值线图分析,煤与次强粘煤的CCI平均值为64.6,可解出宝钢配它对焦炭质量的影响是次要因素;挥发分对焦炭的煤中弱粘煤的用量极限。设弱粘煤的用量极限为X,质量有较大的影响,但是它是应煤气产率的要求而配煤的CCI控制极限为48,即可建立方程式:变化的。根据本文的方法对这些焦炭质量波动的原27.8X + 64.6(1 一X) = 48因进行分析,主要原因在于配合煤的综合粘结指数解方程结果:X=45,弱粘煤的最大用量为的波动,而且大部分方案是过剩的。这-结果表明宝45%,强粘煤与次强粘煤的最小用量为55%。实际钢的配煤具有-定的降成本潜力,消除CCI波动不生产中,如果所用的弱粘煤、强粘煤以及次强粘煤的但可以稳定焦炭的质量而且可以提高低价煤的用粘结性都比较好,弱粘煤的用量可进-步提高,强粘量,如将这些方案的CCI控制在48~52,配煤成本与次强粘煤的用量可进一步下降。是可以降低的。8结论7宝钢煤分类和配煤中弱粘煤用量极限(1)在总结国内外的煤岩配煤方法后,结合室80强粘煤式炼焦的成焦机理,确定在室式炼焦条件下，影响焦70炭质量的三个主要煤质参数CCI、V和TI,结果表6(明所选参数是合理的。总50|(2)根据煤岩镜质组反射率分布获取的煤岩镜40 t质组粘结指数VCI,比较客观地表达了煤岩活性物i 30|20 I高变质弱粘媒低变质弱粘煤的特性,克服了直接使用镜质组平均反射率的不足。同时,计算VCI的方法是根据宝钢煤源通过大量实25303:验室试验,分析处理试验结果而取得的,比较适合宝挥发分含量/%钢;采用煤岩镜质组粘结指数与两个常规表达煤粘结性的参数相结合,获得综合评价煤的粘结性参数CCI,优于任何一个单独煤质参数,克服了常规煤质参数不能反映混煤对煤质的影响,同时也克服了煤图11宝钢主要单种煤的V。和CCI岩参数对煤氧化反应不敏锐的不足,充分地表达了Fig.11 Vdand CCI of individual coals煤岩配煤基本原理中配煤活性物的特性;(3)采用煤的TI、CCI、VJ预测焦炭的DI}E"、按照宝钢煤岩配煤方法所确定的参数Vs和CRI、CSR是比较可靠的。CCI,对宝钢所用炼焦煤进行分类可分为四大类,见.中国煤化工一般在27.5 %左右,配图11。图中的散点是宝钢目前所用单种煤,图中的煤的CHCN M H煤的CCI控制在48~填充区域是根据宝钢煤岩配煤方法的研究结果所确52,焦灰的质量就可以两足生产的要求。生产配煤中定的控制区。图中十字线将煤分为四个区域:左上区将原先控制强粘比改为控制配煤的综合粘结指数为强粘煤,在配煤中起主导作用;右上区为次强粘CCI,可以保证焦炭质量稳定,提高弱粘煤用量,降煤，在配合煤中也起粘结作用,但由于它们挥发分高低配煤成本。(下转第51页)(上接第5页)参考文献1周师庸.应用煤岩学.北京:冶金工业出版社,1985.2张亚云，应用煤岩学基础.北京:冶金工业出版社, 1990.3 Schapiro N, Gray R J, Eusner G R. 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